纸杯打鸣

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  本期我们为大家准备了一个有趣的物理实验。借助生活中的常见物品,你不但能制作出形态逼真的发声模型,还可以将其中的原理与弦乐器相联系,探索悠扬旋律背后的奥秘。
  【实验材料】
  基本用具:一次性纸杯,缝衣针(可用锥子代替),剪刀,粗棉线,直尺,曲别针,纸巾
  装饰材料:彩纸,胶水,活动眼睛,橡皮泥
  注意:请在成年人的帮助下使用针和剪刀,以免发生意外。
  【操作步骤】
  【实验拓展】
  改变实验中的物料,探究一下哪种组合发出的声音最洪亮。你可以尝试不同材质的绳子:鞋带、缝衣线、尼龙绳、麻绳……或是选用不同的“弹拨”工具:海绵、棉布、塑料包装纸、铝箔……最后再来变换一下杯子的口径和高度。
  【原理解析】
  人耳所听到的声音,是指通过物体振动而产生的声波。当我们拍打一扇门、敲击桌面或弹奏乐器时,物体会在力的作用下发生振动,随即带动周围的介质——空气分子一同运动。这种有节奏的律动能在空气中形成疏密相间的纵波,并一直延续到振动消失为止。
  在刚刚的实验中,单一由纸巾与线绳摩擦所产生的振动比较小,发出的声音也很微弱,人耳几乎无法辨别。为了使“小鸡”的叫声更加响亮,我们请外侧的“简易共鸣箱”——纸杯来帮忙。当绳子振动时,临近的杯体会随之做受迫振动。此外,鉴于纸杯与空气的接触面较大,杯体振动还能引起整个腔内的空气振动,最终达到扩音的效果。共鸣箱在乐器家族中也十分常见,例如胡琴的琴筒、提琴的琴体等,有机会观察一下它们吧!
  [提示板]
  纸杯的放大作用并不是完全依靠共鸣实现的。从物理学角度分析,只有当共鸣箱的固有频率和绳子的振动频率合拍时,才能发生共鸣。
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